Milline on kosmosetranspordi tulevik. Tähtedevaheline reisimine ei ole ulme

Peatuste olemasoluga oleme juba ammu harjunud ühistransport kodust mitte kaugel, kuni igapäevase väljumiseni lähimast kümnete rongide jaamast, väljumiseni lennujaamadest. Kaotage ühistransport – ja meile tuttav maailm kukub lihtsalt kokku! Kuid mugavusega harjudes hakkame nõudma veelgi rohkem! Milline areng meid ootab?

Maantee - torud

Kohutav liiklus on üks peamisi probleeme kõigis suurlinnades. Nende põhjuseks pole sageli mitte ainult transpordivahetuste ja kiirteede halb korraldus, vaid ka ilmastikutingimused. Miks minna kaugele: Venemaa lumesajud põhjustavad sageli teede kokkuvarisemist.

Üks tõhusamaid lahendusi on peita suurem osa liiklusvoogudest maa alla. Maanteetunnelite arv ja suurus on aastatega ainult kasvanud. Kuid need on kallid ja maastiku arengus piiratud. Neid probleeme saab lahendada tunnelite torude asendamisega!

Ameerikast pärit insener ja ehitaja Henry Lew on juba teinud ettepaneku transpordi jaoks mõeldud torujuhtme arendamiseks. Võimalik on saata suuri kaubakonteinereid elektri jõul. Arvestatakse oma projektiga New Yorgis, mis on tuntud oma tohutute liiklusummikute poolest. Ainuüksi selles linnas vähendab kaubaliikluse torudesse viimine autode liikumist vaid aastaga kümnete miljardite kilomeetrite võrra. Tänu sellele paraneb ökoloogiline olukord, väheneb koormus suurlinna kiirteedele. Samuti ei tohiks unustada lasti kohaletoimetamise ohutust ja õigeaegsust.

Selliste torustike kaudu on võimalik ka inimesi transportida. Sarnase reisijateveo süsteemi pakkus välja Ameerika miljonär Elon Musk. Muski "Hyperloop" hakkab sisaldama viaduktidele paigutatud torujuhtmete süsteemi, mille läbimõõt ületab paari meetrit. Nad kavatsevad säilitada madala rõhu. Torudes on plaanis kapslid liigutada, hõljudes sinna pumbatava õhu tõttu veidi põhja kohal. Kapslite kiirus võib tänu elektromagnetimpulsile küündida poole tunniga kuuesaja kilomeetrini.

Rongilennud

Rongid arenevad, muutuvad avaramaks ja kiiremaks. Nad arutavad juba uskumatut projekti Londonist Pekingisse, mille on ette valmistanud hiinlased. Nad tahavad 2020. aastaks ehitada kaheksa kuni üheksa tuhande kilomeetri pikkuse ülikiire maantee.

Rongid liiguvad La Manche'i väina alt, seejärel läbi Euroopa, Venemaa, Astana, Kaug-Ida ja Habarovski. Sealt edasi – viimane käik Pekingisse. Kogu teekond kestab paar päeva, kiiruspiirang on 320 km/h. Märgime siinkohal, et vene "Sapsan" kiirendab vaid kuni 250 km/h.

Kuid see kiirus pole piir! Maglevi rong, mis on saanud nime fraasi Magnetic Levitation järgi, saavutab hõlpsalt kiiruse 581 km / h. Õhus oleva magnetvälja toel lendab see üle rööbaste, selle asemel, et neil sõita. Need rongid on nüüd haruldane eksootika. Kuid tulevikus saab seda tehnoloogiat edasi arendada.

Auto vee all: ebareaalne, aga see on olemas!

aastal on oodata revolutsiooni veetransport. Eksperdid uurivad veealuste kiirsõidukite ja veealuste mootorrataste projekte. Mida me saame öelda üksikute allveelaevade kohta!

Šveitsi projekt nimega sQuba loodi originaalse auto väljatöötamiseks, mis suudab otse rajalt vette minna ja läbi lainete liikudes isegi neisse sukelduda! Seejärel saab auto hõlpsalt maale naasta, jätkates liikumist mööda teed.

Uudsuse disainerid said inspiratsiooni ühest James Bondit käsitlevast filmist. Tõeline veealune auto, mida eksponeeriti Genfi autonäitusel avatud sportauto kujul. See mudel on väga kerge ja võimaldab meeskonnal ohu korral autost lahkuda.

Vee all liikumise tagavad paar propellerit, mis asuvad tagumise põrkeraua all, samuti paar pöörlevat veekahurit esirattakoobaste läheduses. Seda kõike toidavad elektrimootorid. Muidugi peate mudelile lisama veekindla korgi, et juht ja reisijad märjaks ei saaks.

Kas olete valmis kosmosesse minema?

Teiste transpordiliikidega sammu pidav lennundus areneb aktiivselt. Olles hüljanud sellised ülehelikiirusega lainerid nagu Concorde, otsustas ta minna kosmosesse. Briti disainerid töötavad kosmoselaeva või muul viisil - orbitaallennuki kallal, nimega "Skylon".

Ta suudab hübriidmootoriga lennuväljalt tõusta ja saavutada hüperhelikiiruse, mis ületab helikiirust enam kui viis korda. Olles jõudnud 26 kilomeetri kõrgusele, lülitub ta oma tankidest hapnikule ja läheb seejärel kosmosesse. Maandumine on nagu lennuki maandumine. See tähendab, et ei mingeid väliseid võimendiid, ülemisi astmeid ega kütusepaake. Kogu lennu jaoks läheb vaja vaid paari mootorit.

Praegu töötavad nad Skyloni mehitamata versiooni kallal. Selline kosmosekandja suudab orbiidile viia 12 tonni lasti. Pange tähele, et Vene rakett Sojuz suudab kanda ainult seitse tonni. Kosmoselaeva, erinevalt raketist, saab korduvalt kasutada. Selle tulemusena vähenevad tarnekulud 15 korda.

Samal ajal mõtlevad disainerid mehitatud versioonile. Kaubaruumi kujundust muutes, turvasüsteeme luues ja illuminaatoreid tehes saab vedada kolmsada reisijat. Nelja tunni pärast teevad nad ringi ümber kogu planeedi! Eksperimentaalne mudel käivitatakse 2019. aastal.

Üllataval kombel kirjeldasid futuroloogid kõiki meie loetletud transpordiliike 20. sajandi koidikul. Nad lootsid, et nende rakendamine pole enam kaugel. Nad tegid ajastamisel vea, samal ajal kui kõik on arendusjärgus. Meil on aga suurepärane võimalus – saada tulevikus ühe ülaltoodud tehnikaime reisijaks.

TEADUSE HORISONDID

Lennundus

transport VL VI11R GP-sse

Võimsa tõuke abil tõuseb rakett stardiplatvormilt vertikaalselt üles ja tõuseb üles ... See on tuttav 1960. aastatest. pilt võib peagi unustusehõlma vajuda. Ühekordsed kosmosesüsteemid ja süstikud tuleks asendada uue põlvkonna sõidukitega - kosmoselennukitega, mis saavad horisontaalselt õhku tõusta ja maanduda, nagu tavalised lennukid.

Ch - . , "L*" - , (/

3. KRAUSE. A. M. KHARITONOV

KRAUSE Egon – austatud professor, SP 973 kuni 1998 - Rhine-Westphapi tehnikakõrgkooli (GOASH ^ "(Akh ^n, Saksamaa)) aerodünaamilise instituudi direktor. Max Dlanki Seltsi auhinna laureaat, Venemaa Teaduste Akadeemia Siberi osakonna audoktor ~

XAPMTOHCJP Anatoli. Mihhailovitš - tehnikateaduste doktor, professor S. A. Khristianovitš SB RAS (Novosibirsk). Vene Föderatsiooni austatud teadlane, NSVL Ministrite Nõukogu preemia laureaat (1985). Umbes 150 teadusartikli ja 2 patendi autor ja kaasautor

Astronautika edasise arengu määrab vajadus kosmosejaamade intensiivseks tööks, globaalsete side- ja navigatsioonisüsteemide arendamine ning keskkonnaseire planeedi mastaabis. Sel eesmärgil arendatakse maailma juhtivates riikides korduvkasutatavaid õhuruumi õhusõidukeid (VKS), mis vähendab oluliselt kauba ja inimeste orbiidile toimetamise kulusid. Need on süsteemid, mida iseloomustavad võimalused, [millest kõige asjakohasemad on:

Korduvkasutatav kasutus tootmis- ning teadus- ja tehnikaveoste orbiidile viimiseks suhteliselt lühikese intervalliga korduvate lendude vahel;

Ruumi ummistavate avarii- ja kasutatud konstruktsioonide tagastamine;

Orbitaaljaamade ja kosmoselaevade meeskondade päästmine hädaolukordades;

Kiireloomuline luure loodusõnnetuste ja katastroofide piirkondades kõikjal maailmas.

Arenenud lennundusega riikides

tehnoloogia on teinud suuri edusamme suurte lennukiiruste vallas, mis määrab ära paljude hüperhelikiirusega õhureaktiivlennukite potentsiaali. On põhjust arvata, et mehitatud lennundus hakkab tulevikus valdama kiirusi Machi numbritest M = 4-6 kuni M = 12-15 mootorini.

Kui rääkida tsiviillennundus, siis on intensiivistumise jaoks ülimalt oluline suurte kiiruste arendamine reisijate liiklus ja ärisidemed. hüperheli reisilennuk Machi arvuga 6 suudab pakkuda vähese väsimusega lendu (mitte rohkem kui 4 tundi) rahvusvahelised marsruudid läbisõiduga umbes 10 tuhat km, nagu Euroopa (Pariis) - Lõuna-Ameerika(Sao Paulo), Euroopa (London) - India, USA (New York) - Jaapan. Tuletame meelde, et ülehelikiirusega Concorde’i lennuaeg New Yorgist Pariisi oli umbes 3 tundi ja Boeing 747 veedab sellel marsruudil umbes 6,5 tundi. Tulevikulennukid 10 Machiga

AERODÜNAAMILISTE TERMINIDE SÕNASTIK

Machi arv – parameeter, mis iseloomustab seda, mitu korda on õhusõiduki kiirus (või gaasivool) suurem helikiirusest Ülehelikiirus on lahtine mõiste kiirusele, mille Machi arv on suurem kui 4 5 voogu

Ründenurk – tiivatasandi kalle lennujoone suhtes Lööklaine (lööklaine) – kitsas voolupiirkond, kus toimub ülehelikiirusega gaasivoolu kiiruse järsk langus, mis viib tiheduse järsu suurenemiseni. laine - voolupiirkond, kus toimub gaasilise keskkonna tiheduse järsk vähenemine

Kaheastmelise lennundussüsteemi E1_AS-EOE mudeli skeem. Need seadmed tõusevad ja maanduvad horisontaalselt, nagu tavalised lennukid. Eeldatakse, et täismahus konfiguratsiooni pikkus on 75 m ja tiibade siruulatus 38 m. Alates: (Rable, Jacobe, 2005)

4 tunniga suudavad nad läbida 16–17 tuhat km, olles teinud vahemaandumiseta lennu näiteks USA-st või Euroopast Austraaliasse.

GTaya MaoTai

Ülehelikiirusega lennukid nõuavad uusi tehnoloogiaid, mis on täiesti erinevad tänapäevastele lennukitele ja vertikaalselt õhkutõusvatele kosmoselaevadele omastest. Muidugi rakett

mootor annab palju tõukejõudu, kuid kulutab kütust tohutult ja pealegi peab raketil olema pardal oksüdeerija. Seetõttu on rakettide kasutamine atmosfääris piiratud lühiajaliste lendudega.

Soov neid keerulisi tehnilisi probleeme lahendada on viinud erinevate kosmosetranspordisüsteemide kontseptsioonide väljatöötamiseni. Peamine suund, mida maailma juhtivad lennundusettevõtted aktiivselt uurivad, on üheastmeline VCS. Selline tavapäraselt lennuväljalt õhku tõusev kosmoselennuk suudab madalale Maa orbiidile toimetada umbes 3% stardikaalust. Teine korduvkasutatavate süsteemide kontseptsioon on kaheastmeline aparaat. Sel juhul on esimene etapp varustatud õhureaktiivmootoriga ja teine ​​​​aste on orbitaalne ning etappide eraldamine toimub Machi numbrite vahemikus 6 kuni 12 umbes 30 km kõrgusel.

Aastatel 1980-1990. VKS projekte arendati USA-s (NASP), Inglismaal (HOTOL), Saksamaal (Sänger), Prantsusmaal (STS-2000, STAR-H), Venemaal (VKS NII-1, Spiral, Tu-2000). 1989. aastal alustati Saksa Teadusseltsi (DFG) eestvõttel ühisuuringuid kolme Saksamaa keskuse vahel:

Reini-Westfaali tehnikaülikool Aachenis, Müncheni tehnikaülikool ja Stuttgarti ülikool. Need DFG rahastatud keskused on ellu viinud pikaajalist uurimisprogrammi, mis hõlmab kosmosetranspordisüsteemide kavandamiseks vajalike põhiküsimuste uurimist, nagu üldinseneriteadus, aerodünaamika, termodünaamika, lennumehaanika, tõukejõud, materjalid jne. Märkimisväärne osa eksperimentaalse aerodünaamika töödest on tehtud koostöös Teoreetilise ja Rakendusmehaanika Instituudiga. S. A. Khristianovitš SB RAS. Kõigi organiseerimine ja koordineerimine uurimistöö viidi läbi toimkond, mille eesotsas oli kümme aastat üks käesoleva artikli autoritest (E. Krause). Toome lugeja ette mitmed illustreerivamad visuaalsed materjalid, mis illustreerivad mõningaid selle projekti raames aerodünaamika valdkonnas saavutatud tulemusi.

Lend kaheetapiline ELAC-EOS süsteemid peaks hõlmama kõige laiemat kiiruste vahemikku: alates helibarjääri ületamisest (M = 1) kuni orbitaalastme eraldamiseni (M = 7) ja selle sisenemiseni Maa-lähedasele orbiidile (M = 25). Autor: (Rable, Jacobe, 2005)

Helibarjääri Machi arv

TEADUSE HORISONDID

Suurmudel ELAC 1 (pikk üle 6 m) Saksa-Hollandi tuuletunneli DNW katselõigul madalatel kiirustel. Autor: (Rable, Jacobe, 2005)

Aaóóñóó"i áí^áóáy ñeñóálá ELAC-EOS

Uurimistööks pakuti välja kaheastmelise kosmosesõiduki kontseptsioon (kandja staadium nimetati saksa keeles ELAC, orbitaalstaadium EOS). Kütus - vedel vesinik. Eeldati, et ELAC-i täismahus konfiguratsiooni pikkus on 75 m, tiibade siruulatus 38 m ja suur pühkimispea. Samal ajal on EOS lava pikkus 34 m, tiibade siruulatus 18 m. Orbitaallaval on elliptiline kaar, poolsilindrilise ülaküljega keskkere ja üks kiil sümmeetriatasandil. Esimese astme ülemisel pinnal on süvend, millesse orbitaalaste asetatakse ronimise ajal. Kuigi see on madal, mõjutab see eraldumise ajal hüperhelikiirusel (M = 7) oluliselt vooluomadusi.

Teoreetiliste ja eksperimentaalsete uuringute läbiviimiseks projekteeriti ja valmistati mõõtkavas 1:150 mitu kande- ja orbitaalastme mudelit. Saksa-Hollandi tuuletunnelis DNW madalatel kiirustel katsetamiseks valmistati uuritava konfiguratsiooni suur mudel mõõtkavas 1:12 (pikkus üle 6 m, kaal umbes 1600 kg).

Aegóáeegáóey ñaáSógaóeá

Ülehelikiirusega lendamine on teadlase jaoks suur raskus, kuna sellega kaasneb lööklainete ehk lööklainete teke ning sellisel lennul läbib lennuk mitu voolurežiimi (erineva lokaalse struktuuriga), millega kaasneb tõus. soojusvoogudes.

Seda probleemi uuriti nii eksperimentaalselt kui numbriliselt ELAC-EOS projektis. Enamik katseid viidi läbi aerodünaamiliselt

Venemaa Teaduste Akadeemia Siberi filiaali teoreetilise ja rakendusmehaanika instituudi tuuletunnelis T-313 saadud mudeli ELAC 1 pinnal olevate voolujoonte õli-tahmamuster. Alates: (Krause et al., 1999)

Mudeli E1.AC 1 tuulealusel pöörisstruktuuride arvsimulatsiooni (paremal) ja lasernuga meetodil eksperimentaalse visualiseerimise (vasakul) tulemuste võrdlus. Arvarvutuse tulemused saadi Laminaarse voolu Navier-Stokesi võrrandite lahendamisel Machi arvu M = 2, Reynoldsi arvu Ye = 4 10e ja lööginurga a = 24° juures. Arvutatud keeriste mustrid on sarnased eksperimentaalselt täheldatutega; üksikute keeriste põikkujudes on erinevusi. Pange tähele, et vastutulev vool on kujutise tasapinnaga risti. Tsiteeritud: (EKotberegr e? a/., 1996)

korsten T-313 ITAM SB RAS Novosibirskis. Vastutuleva voolu Machi arv nendes katsetes varieerus vahemikus 2< М < 4, число Рейнольдса - 25 106 < Ие < 56 106, а г/гол атаки - в диапазоне - 3° < а < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация линий тока на поверхности модели.

Saadud tulemused demonstreerivad muuhulgas ilmekalt pööriste teket tuulealusel küljel. Mudeli pinnal olevate voolude panoraammustrid visualiseeriti spetsiaalsete vedelike või õli-tahma seguga katmise teel. Tüüpilises õlimustas kujutise näites kõverduvad pinna voolujooned tiiva esiservast sissepoole ja koonduvad jooneks, mis on orienteeritud ligikaudu voolu suunas. Täheldatakse ka teisi ribasid, mis on suunatud mudeli keskjoone poole.

Need selged jäljed tuulealusel küljel iseloomustavad ristvoolu, mille kolmemõõtmelist struktuuri saab jälgida lasernoa tehnikaga. Ründenurga suurenedes liigub õhuvool tiiva tuulepealselt pinnalt tuulealusele, moodustades keeruka keerissüsteemi. Pange tähele, et südamikus vähendatud rõhuga esmased keerised annavad positiivse panuse sõiduki tõstejõusse. Lasernoa meetod ise põhineb koherentse kiirguse hajutatud pildistamisel

Vortex mull üleminekuolekus

Täielikult arenenud keerisespiraal

ELAC 1 konfiguratsiooni tuulealusel küljel olevate keeriste lagunemisprotsessid visualiseeriti fluorestsentsvärvi süstimisega. Autor: (Stromberg, Limberg, 1993)

¡I TEADUSE HORISONDID

voolu sisestatud tahketel või vedelatel mikroosakestel, mille kontsentratsiooni jaotuse määrab uuritavate voolude struktuur. Koherentne valgusallikas moodustub õhukese valgustasapinna kujul, mis tegelikult andis meetodile nime. Huvitaval kombel osutuvad vajaliku pildi kontrasti tagamise seisukohalt väga tõhusaks tavalised vee mikroosakesed (udu).

Teatud tingimustel võivad keeriste tuumad kokku kukkuda, mis vähendab tiiva tõstejõudu. See protsess, mida nimetatakse pöörisheideteks, areneb

mull- või spiraaltüüpi, mille visuaalsed erinevused on näidatud fotol, mis on tehtud fluorestsentsvärvi süstimisega. Tavaliselt eelneb spiraal-tüüpi lagunemisele mullide režiim, mille käigus tekkivad keerised.

Kasulik informatsioon Toepleri varjumeetod annab teavet ülehelikiiruse voolu spektrite kohta lennuki ümber. Selle abil visualiseeritakse gaasivoogude heterogeensused ning eriti selgelt on nähtavad lööklained ja harvenduslained.

Põhiobjektiivi objektiiv Projektsiooniobjektiivi ekraan (kaamera)

Valgusallikas V g H Ebahomogeensus Foucault nuga "I

VARJUTEPLERI MEETOD

Saksa teadlane A. Tepler pakkus veel 1867. aastal välja meetodi optiliste ebahomogeensuste tuvastamiseks läbipaistvas kandjas, mis ei ole kaotanud oma tähtsust teaduses ja tehnoloogias tänapäevani. Eelkõige kasutatakse seda laialdaselt õhuvoolu tiheduse jaotuse uurimiseks tuuletunnelites lennukimudelite ümber voolamisel.

Meetodi ühe teostuse optiline skeem on näidatud joonisel. Piluvalgusallika kiirtekiir suunatakse läätsede süsteemi abil läbi uuritava objekti ja on fokuseeritud läbipaistmatu ekraani (nn Foucault nuga) servale. Kui uuritaval objektil pole optilisi ebahomogeensusi, siis kõik kiired jäävad noaga edasi. Ebahomogeensuse korral hajuvad kiired laiali ja osa neist, olles kõrvale kaldunud, läheb noa servast kõrgemale. Asetades Foucault noa tasapinna taha projektsiooniläätse, saab need kiired projitseerida ekraanile (suunata kaamerasse) ja saada ebahomogeensustest pildi.

Peetav lihtsaim skeem võimaldab visualiseerida noa servaga risti asetseva kandja tihedusgradiente, samas kui tiheduse gradiendid piki teist koordinaati põhjustavad pildi nihke piki serva ega muuda ekraani valgustust. Toepleri meetodil on erinevaid modifikatsioone. Näiteks on noa asemel paigaldatud optiline filter, mis koosneb erinevat värvi paralleelsetest triipudest. Või kasutatakse värviliste sektoritega ümarat ava. Sellisel juhul läbivad ebaühtluse puudumisel erinevatest punktidest tulevad kiired diafragmas sama kohta, mistõttu on kogu väli sama värvi. Ebahomogeensuste ilmnemine põhjustab erinevaid sektoreid läbivate kiirte hälbe ja erinevate valgushälvetega punktide kujutised värvitakse vastavates värvides.

Pea šokk

Haruldamise lainete fänn

lööklaine

See ELAC 1 mudelit ümbritseva voolu varjumuster saadi optilise Toepleri meetodil Aacheni ülehelikiirusega tuuletunnelis. Vastavalt: (Nepe! e? a /., 1993)

Varifoto voolust mudeli E1.AC 1 ümber koos õhu sisselaskeavaga hüperhelilöögitorus (M = 7,3) Aachenis. Kaunid sillerdavad välgud pildi all paremal on kaootilised voolud õhuvõtuava sees. Alates: (Olivier et al., 1996)

Machi arvude (kiiruste) teoreetiline jaotus kaheastmelises konfiguratsioonis Е1_АС-ЕОЭ (vastutuleva voolu Machi arv M = 4,04). Alates: (Breitsamter et al., 2005)

Täheldati arvutuslike ja katseandmete vahel head kokkusobivust, mis kinnitab numbrilise lahenduse usaldusväärsust hüperhelivoolude ennustamisel. Sellel lehel on näide Machi arvude (kiiruste) jaotusest voolus eraldusprotsessi ajal. Kompressioonišokid ja kohalik hõrenemine on lubadustel näha. EAAC 1C konfiguratsiooni tagaosas tegelikult vaakumit pole, kuna seal asub hüperhelikiirusega reaktiivmootor.

Kanduri ja orbitaalastme eraldamine on üks raskemaid ülesandeid, mida ELAC-EOS projektiga töötamisel kaaluti. Ohutu manööverdamise eesmärgil nõuab see lennuetapp eriti hoolikat uurimist. Selle * erinevate faaside arvulised uuringud viidi läbi Müncheni Tehnikaülikooli SFB 255 keskuses ja kõik eksperimentaalsed tööd viidi läbi Venemaa Teaduste Akadeemia Siberi filiaali teoreetilise ja rakendusmehaanika instituudis. Testid T-313 ülehelikiirusega tuuletunnelis hõlmasid voolu visualiseerimist kogu konfiguratsiooni ümber ning aerodünaamiliste omaduste ja pinnarõhkude mõõtmist etapi eraldamise ajal.

ELAC 1C alumise astme mudel erines algsest ELAC 1 versioonist madala sügavusega sektsiooni poolest, milles orbitaalaste peaks asuma stardi ja tõusu ajal. Arvutisimulatsioon viidi läbi vastutuleva voolu Machi numbril М = 4,04, Reynoldsi numbril -Re = 9,6 106 ja EOS-mudeli ründenurga nullil.

Üldjoontes võib öelda, et Saksa Teadusseltsi DFG algatatud kaheetapiliste ÜiELAC-EOS süsteemide aerodünaamilise kontseptsiooni uuringud on olnud edukad. Laiaulatusliku teoreetiliste ja eksperimentaalsete tööde kompleksi tulemusena, milles osalesid Euroopa, Aasia, Ameerika ja Austraalia teaduskeskused, viidi läbi standardsel lennujaamal horisontaalseks õhkutõusmiseks ja maandumiseks võimelise konfiguratsiooni täielik arvutus, aerodünaamiline.

lennuülesanded madalal, ülehelikiirusel ja eriti hüperhelikiirusel.

Praegu on selge, et arenenud kosmosetranspordi loomine nõuab üksikasjalikumaid uuringuid hüperhelikiirusega reaktiivmootorite väljatöötamiseks, mis töötavad usaldusväärselt laias lennukiiruste vahemikus, ülitäpseid juhtimissüsteeme astmete eraldamise ja maandumisprotsesside jaoks. orbitaalmoodul, uued kõrge temperatuuriga materjalid jne. Kõigi nende keerukate teaduslike ja tehniliste probleemide lahendamine on võimatu ilma teadlaste ühiste jõupingutusteta erinevad riigid. Ja selle projekti kogemus kinnitab vaid seda, et pikaajalisest rahvusvahelisest koostööst on saamas kosmoseuuringute lahutamatu osa.

Kirjandus

Kharitonov A.M., Krause E., Limberg W. et al.//J. Eksperimendid vedelikega. - 1999. - V. 26. - Lk 423.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. jt. //J. Eksperimendid vedelikega. - 2000. - V. 29. - Lk 592.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. jt. //Proc. aadressil X Int. Aemfüüsikaliste uuringute meetodite konverents. Novosibirsk. - 2000. -V.1.- Lk 53.

Krause E., Brodetsky M.D., Kharitonov A.M. //Proc. WFAM kongressil. Chicago, 2000.

Brodetsky M.D., Krause E., Nikiforov S.B. ja teised // PMTF. - 2001. - T. 42. - S. 68.

Tuleviku kosmosetransport

Võimsa tõuke abil tõuseb rakett stardiplatvormilt püsti ja läheb üles... See tuttav pilt võib peagi unustuse hõlma vajuda. Ühekordsed kosmosesüsteemid ja "süstikud" tuleks asendada uue põlvkonna sõidukitega – kosmoselennukitega, mis saavad horisontaalselt õhkutõusmise ja maandumise võimaluse nagu tavalistel lennukitel. Rahvusvahelises uurimisprojektis osalejad tutvustavad lugejatele mõningaid visuaalseid materjale, mis illustreerivad tuleviku kaheetapilise kosmosetranspordi kontseptsiooni.

Astronautika edasise arengu määrab vajadus kosmosejaamade intensiivseks tööks, globaalsete side- ja navigatsioonisüsteemide arendamine ning keskkonnaseire planeedi mastaabis. Nendel eesmärkidel arenevad maailma juhtivad riigid kosmoselennukid(VKS) korduvkasutatav, mis vähendab oluliselt kaupade ja inimeste orbiidile toimetamise kulusid. Need on süsteemid, mida iseloomustavad võimalused, millest olulisemad on järgmised: korduvkasutus tootmis- ja teadus- ja tehnikaveoste orbiidile saatmiseks suhteliselt lühikese intervalliga korduvate lendude vahel; ruumi risustavate avarii- ja kasutusest kõrvaldatud ehitiste tagastamine; orbitaaljaamade ja kosmoselaevade meeskondade päästmine hädaolukordades; loodusõnnetuste ja katastroofide piirkondade kiireloomuline uurimine kõikjal maailmas.

Arenenud kosmosetehnoloogiaga riikides on tehtud suuri edusamme suurte lennukiiruste vallas, mis määravad ära paljude hüperhelikiirusega õhureaktiivlennukite potentsiaali. On põhjust arvata, et mehitatud lennundus hakkab tulevikus valdama kiirusi Machi numbritest M = 4–6 kuni M = 12–15 mootorini.

Kui rääkida tsiviillennundusest, siis reisiliikluse ja ärisidemete tihendamiseks on ülimalt oluline suur kiiruste arendamine. Hüperhelikiirusega reisilennukid numbriga Mach 6 suudavad pakkuda väheväsinud lende (mitte rohkem kui 4 tundi) rahvusvahelistel marsruutidel, mille lennuulatus on umbes 10 tuhat km, näiteks Euroopa (Pariis) - Lõuna-Ameerika (Sao Paulo) , Euroopa (London) - India , USA (New York) - Jaapan. Tuletame meelde, et ülehelikiirusega Concorde’i lennuaeg New Yorgist Pariisi oli umbes 3 tundi ja Boeing 747 veedab sellel marsruudil umbes 6,5 tundi. Tulevikulennukid Mach 10-ga suudavad läbida 16-17 tuhat km 4 tunniga, tehes vahemaandumiseta lennu näiteks USA-st või Euroopast Austraaliasse.

Uued lähenemised

Ülehelikiirusega lennukid nõuavad uusi tehnoloogiaid, mis on täiesti erinevad tänapäevastele lennukitele ja vertikaalselt õhkutõusvatele kosmoselaevadele omastest. Muidugi annab rakettmootor palju tõukejõudu, kuid kulutab tohutult kütust ja pealegi peab rakett pardal kandma oksüdeerijat. Seetõttu on rakettide kasutamine atmosfääris piiratud lühiajaliste lendudega.

AERODÜNAAMILISTE TERMINIDE SÕNASTIK

Machi number- parameeter, mis iseloomustab seda, mitu korda on õhusõiduki kiirus (või gaasivool) suurem helikiirusest
Ülehelikiirus on lahtine termin kiirusele, mille Machi arv on suurem kui 4 5
Reynoldsi number on parameeter, mis iseloomustab voolu inertsjõudude ja viskoossusjõudude suhet
Rünnaku nurk- tiiva tasapinna kalle lennujoone suhtes
lööklaine (šokilaine) on kitsas voolupiirkond, kus ülehelikiirusega gaasivoolu kiirus langeb järsult, mis põhjustab järsu tiheduse suurenemise
harulduslaine on voolupiirkond, kus gaasilise keskkonna tihedus järsult väheneb

Soov neid keerulisi tehnilisi probleeme lahendada on viinud erinevate kosmosetranspordisüsteemide kontseptsioonide väljatöötamiseni. Peamine suund, mida maailma juhtivad kosmosetööstuse ettevõtted aktiivselt uurivad, on üheetapiline videokonverents. Selline tavapäraselt lennuväljalt õhku tõusev kosmoselennuk suudab madalale Maa orbiidile toimetada umbes 3% stardikaalust. Teine korduvkasutatavate süsteemide kontseptsioon on kaheastmeline aparaat. Sel juhul on esimene etapp varustatud õhureaktiivmootoriga ja teine ​​​​aste on orbitaalne ning etappide eraldamine toimub Machi numbrite vahemikus 6 kuni 12 umbes 30 km kõrgusel.

Aastatel 1980-1990. VKS projekte arendati USA-s (NASP), Inglismaal (HOTOL), Saksamaal (Snger), Prantsusmaal (STS-2000, STAR-H), Venemaal (VKS NII-1, Spiral, Tu-2000). 1989. aastal alustati Saksa Teadusseltsi (DFG) eestvõttel ühisuuringuid kolme Saksamaa keskuse – Aacheni Reini-Westfaali Tehnikaülikooli, Müncheni Tehnikaülikooli ja Stuttgarti Ülikooli vahel. Need DFG rahastatud keskused on ellu viinud pikaajalist uurimisprogrammi, mis hõlmab kosmosetranspordisüsteemide kavandamiseks vajalike põhiküsimuste uurimist, nagu üldinseneriteadus, aerodünaamika, termodünaamika, lennumehaanika, tõukejõud, materjalid jne. Märkimisväärne osa eksperimentaalse aerodünaamika töödest on tehtud koostöös Teoreetilise ja Rakendusmehaanika Instituudiga. S. A. Khristianovitš SB RAS. Kogu uurimistöö korraldamise ja koordineerimisega tegeles komisjon, mida kümme aastat juhtis üks käesoleva artikli autoritest (E. Krause). Toome lugeja ette mitmed illustreerivamad visuaalsed materjalid, mis illustreerivad mõningaid selle projekti raames aerodünaamika valdkonnas saavutatud tulemusi.

Kaheastmeline ELAC-EOS süsteem

Uurimistööks pakuti välja kaheastmelise kosmosesõiduki kontseptsioon (kandja staadium nimetati saksa keeles ELAC, orbitaalstaadium EOS). Kütus on vedel vesinik. Eeldati, et täismahus ELAC-i konfiguratsioon on 75 m pikk, tiibade siruulatus on 38 m ja suur. pühkimisnurk. Samal ajal on EOS lava pikkus 34 m, tiibade siruulatus 18 m. Orbitaallaval on elliptiline kaar, poolsilindrilise ülaküljega keskkere ja üks kiil sümmeetriatasandil. Esimese astme ülemisel pinnal on süvend, millesse orbitaalaste asetatakse ronimise ajal. Kuigi see on madal, mõjutab see eraldumise ajal hüperhelikiirusel (M = 7) oluliselt vooluomadusi.

Teoreetiliste ja eksperimentaalsete uuringute läbiviimiseks projekteeriti ja valmistati mõõtkavas 1:150 mitu kande- ja orbitaalastme mudelit. Saksa-Hollandi tuuletunnelis DNW madalatel kiirustel katsetamiseks valmistati uuritava konfiguratsiooni suur mudel mõõtkavas 1:12 (pikkus üle 6 m, kaal umbes 1600 kg).

Ülehelikiiruse visualiseerimine

Ülehelikiirusel lendamine valmistab uurijale suuri raskusi, kuna sellega kaasneb lööklainete teke või lööklained, ja sellisel lennul olev lennuk läbib mitu voolurežiimi (erineva lokaalse struktuuriga), millega kaasneb soojusvoogude suurenemine.

Seda probleemi uuriti nii eksperimentaalselt kui numbriliselt ELAC-EOS projektis. Enamik katseid viidi läbi Novosibirskis ITAM SB RASi tuuletunnelis T-313. Vastutuleva voolu Machi arv nendes katsetes varieerus vahemikus 2< М < 4, Reynoldsi number – 25 10 6 < Re < 56 10 6 , а rünnaku nurk– vahemikus –3°< α < 10°. При этих параметрах измерялось распределение давлений, аэродинамические силы и моменты, а также выполнялась визуализация praegused read mudeli pinnal.

Saadud tulemused demonstreerivad muuhulgas ilmekalt pööriste teket tuulealusel küljel. Mudeli pinnal olevate voolude panoraammustrid visualiseeriti spetsiaalsete vedelike või õli-tahma seguga katmise teel. Tüüpilises näites õliosakeste pildistamine näete, kuidas pinna voolujooned pöörduvad tiiva esiservast sissepoole ja voolavad jooneks, mis on orienteeritud ligikaudu voolu suunas. Täheldatakse ka teisi ribasid, mis on suunatud mudeli keskjoone poole.

Need selgelt eristatavad jäljed tuulealusel iseloomustavad ristvoolu, mille kolmemõõtmelist struktuuri saab jälgida kasutades lasernuga meetod. Ründenurga suurenedes liigub õhuvool tiiva tuulepealselt pinnalt tuulealusele, moodustades keeruka keerissüsteemi. Pange tähele, et südamikus vähendatud rõhuga esmased keerised annavad positiivse panuse sõiduki tõstejõusse. Lasernoameetod ise põhineb voolu sisse viidud tahkete või vedelate mikroosakestega hajutatud koherentse kiirguse pildistamisel, mille kontsentratsiooni jaotuse määrab uuritavate voolude struktuur. Koherentne valgusallikas moodustub õhukese valgustasapinna kujul, mis tegelikult andis meetodile nime. Huvitaval kombel osutuvad vajaliku pildi kontrasti tagamise seisukohalt väga tõhusaks tavalised vee mikroosakesed (udu).

VARJUTEPLERI MEETOD

Saksa teadlane A. Tepler pakkus veel 1867. aastal välja meetodi optiliste ebahomogeensuste tuvastamiseks läbipaistvas kandjas, mis ei ole kaotanud oma tähtsust teaduses ja tehnoloogias tänapäevani. Eelkõige kasutatakse seda laialdaselt õhuvoolu tiheduse jaotuse uurimiseks tuuletunnelites lennukimudelite ümber voolamisel.
Meetodi ühe teostuse optiline skeem on näidatud joonisel. Piluvalgusallika kiirtekiir suunatakse läätsede süsteemi abil läbi uuritava objekti ja fokusseeritakse läbipaistmatu ekraani servale (nn. foucault nuga). Kui uuritaval objektil pole optilisi ebahomogeensusi, siis kõik kiired jäävad noaga edasi. Ebahomogeensuse korral hajuvad kiired laiali ja osa neist, olles kõrvale kaldunud, läheb noa servast kõrgemale. Asetades Foucault noa tasapinna taha projektsiooniläätse, saab need kiired projitseerida ekraanile (suunata kaamerasse) ja saada ebahomogeensustest pildi.
Peetav lihtsaim skeem võimaldab visualiseerida keskmise tihedusega gradiendid, risti noa servaga, samas kui tiheduse gradiendid piki teist koordinaati põhjustavad pildi nihke piki serva ega muuda ekraani valgustust. Toepleri meetodil on erinevaid modifikatsioone. Näiteks on noa asemel paigaldatud optiline filter, mis koosneb erinevat värvi paralleelsetest triipudest. Või kasutatakse värviliste sektoritega ümarat ava. Sellisel juhul läbivad ebaühtluse puudumisel erinevatest punktidest tulevad kiired diafragmas sama kohta, mistõttu on kogu väli sama värvi. Ebahomogeensuste ilmnemine põhjustab erinevaid sektoreid läbivate kiirte hälbe ja erinevate valgushälvetega punktide kujutised värvitakse vastavates värvides.

Teatud tingimustel võivad keeriste tuumad kokku kukkuda, mis vähendab tiiva tõstejõudu. See protsess, mida nimetatakse keerise hajutamiseks, areneb "mullide" või "spiraalide" kujul, mille visuaalsed erinevused on näidatud fotol, mis on tehtud fluorestsentsvärvi süstimisega. Tavaliselt eelneb spiraal-tüüpi lagunemisele mullide režiim, mille käigus tekkivad keerised.

Kasulikku teavet lennukit ümbritseva ülehelikiiruse voolu spektrite kohta annavad shadow toepleri meetod. Selle abil visualiseeritakse gaasivoogude heterogeensused ning eriti selgelt on nähtavad lööklained ja harvenduslained.

Sammude eraldamine

Kanduri ja orbitaalastme eraldamine on üks raskemaid ülesandeid, mida ELAC-EOS projektiga töötamisel kaaluti. Ohutu manööverdamise huvides nõuab see lennuetapp eriti hoolikat uurimist. Selle erinevate faaside arvulised uuringud viidi läbi Müncheni Tehnikaülikooli SFB 255 keskuses ja kõik eksperimentaalsed tööd viidi läbi Venemaa Teaduste Akadeemia Siberi filiaali teoreetilise ja rakendusmehaanika instituudis. Testid T-313 ülehelikiirusega tuuletunnelis hõlmasid voolu visualiseerimist kogu konfiguratsiooni ümber ning aerodünaamiliste omaduste ja pinnarõhkude mõõtmist etapi eraldamise ajal.

ELAC 1C alumise astme mudel erines algsest ELAC 1 versioonist madala sügavusega sektsiooni poolest, milles orbitaalaste peaks asuma stardi ja tõusu ajal. Arvutisimulatsioon viidi läbi vastutuleva voolu Machi numbril М = 4,04, Reynoldsi arvul Re = 9,6 10 6 ja EOS-mudeli ründenurga nullil.

Täheldati arvutuslike ja katseandmete vahel head kokkusobivust, mis kinnitab numbrilise lahenduse usaldusväärsust hüperhelivoolude ennustamisel. Sellel lehel on näide Machi arvude (kiiruste) jaotusest voolus eraldusprotsessi ajal. Mõlemad etapid näitavad lööklaineid ja kohalikku harvenemist. ELAC 1C konfiguratsiooni tagaosas tegelikult vaakumit pole, kuna seal asub hüperhelikiirusega reaktiivmootor.

Üldiselt võib öelda, et Saksa Teadusseltsi DFG algatatud kaheetapilise ELAC-EOS süsteemi aerodünaamilise kontseptsiooni uuringud on olnud edukad. Laiaulatusliku teoreetiliste ja eksperimentaalsete tööde kompleksi tulemusena, milles osalesid Euroopa, Aasia, Ameerika ja Austraalia teaduskeskused, viidi läbi standardsel lennujaamal horisontaalseks õhkutõusmiseks ja maandumiseks võimelise konfiguratsiooni täielik arvutus, lennu aerodünaamilised probleemid. madalal lahendati ülehelikiirusel ja eriti hüperhelikiirusel .

Praegu on selge, et paljutõotava kosmosetranspordi loomine nõuab põhjalikumaid uuringuid hüperhelikiirusega reaktiivmootorite väljatöötamiseks, mis töötavad usaldusväärselt paljudes lennukiirustes, ülitäpseid juhtimissüsteeme astmete eraldamise ja maandumisprotsesside jaoks. orbitaalmoodul, uued kõrge temperatuuriga materjalid jne. Kõigi nende keerukate teaduslike ja tehniliste probleemide lahendamine on võimatu ilma erinevate riikide teadlaste ühiste jõupingutusteta. Ja selle projekti kogemus kinnitab vaid seda, et pikaajalisest rahvusvahelisest koostööst on saamas kosmoseuuringute lahutamatu osa.

Kirjandus

Kharitonov A.M., Krause E., Limberg W. et al. // J. Eksperimendid vedelikega. 1999. V. 26. Lk 423.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. jt. // J. Eksperimendid vedelikega. 2000. V. 29. Lk 592.

Brodetsky M.D., Kharitonov A.M., Krause E. jt. //Proc. aadressil X Int. Aerofüüsikaliste uuringute meetodite konverents. Novosibirsk. 2000. V. 1. Lk 53.

Krause E., Brodetsky M.D., Kharitonov A.M. //Proc. WFAM kongressil. Chicago, 2000.

Brodetsky M.D., Krause E., Nikiforov S.B. ja teised // PMTF. 2001. T. 42. S. 68.

Kuzminova Anastasia Olegovna
Vanus: 14-aastane
Õppekoht: Vologda, MOU "Keskkool nr 1 inglise keele süvaõppega"
Linn: Vologda
Juhid: Chuglova Anna Bronislavovna, SM "Inglise keele süvaõppega 1. keskkool" vanemate klasside füüsikaõpetaja;
Kuzminov Oleg Aleksandrovitš.

Ajalooline uurimistöö sellel teemal:

MILLINE ON LENNUTRANSPORTI TULEVIK?

Plaan:

• 1. Sissejuhatus
• 2. Põhikorpus
• 2.1 Kosmosesõidukite arengu ajalugu;
• 2.2 Paljutõotavad tuleviku transpordilaevad;
• 2.3 Täiustatud transpordisüsteemide (PTS) peamised kasutus- ja arendussuunad;
• 3. Järeldus
• 4. Teabeallikad.

1. Sissejuhatus

Esmakordselt koostas K.E. Tsiolkovski kosmoseuuringute programmi, milles võtmeroll on kosmosetranspordisüsteemidel. Praegu kasutatakse kosmosetransporti: planeetide ja avakosmose teaduslik uurimine, sõjaliste probleemide lahendamine, maa tehissatelliitide saatmine, orbitaaljaamade ja tööstuste ehitamine ja hooldamine, kaubavedu kosmoses, samuti kosmoseturismi arendamine.

Kosmoselaev - on õhusõiduk, mis on mõeldud inimeste lennuks ja kaupade veoks avakosmoses. Maalähedastel orbiitidel lendamiseks mõeldud kosmoseaparaate nimetatakse satelliitlaevadeks ja teistele lendamiseks mõeldud kosmoseaparaate taevakehad- planeetidevahelised laevad. Algstaadiumis demonstreerisid transpordikosmoselaevad kosmosetehnoloogia võimekust ja üksikute rakendusprobleemide lahendamist. Praegu seisavad nad silmitsi ülemaailmsete praktiliste ülesannetega, mille eesmärk on ruumi tõhus ja kulutõhus kasutamine.

Nende eesmärkide saavutamiseks on vaja lahendada järgmised ülesanded:

Universaalsete korduvkasutatavate kosmoselaevade loomine;

Tõhusamate ja odavamate kütustega elektrijaamade kasutamine;

PTS-i kandevõime suurenemine;

Laevade ökoloogiline ja bioloogiline ohutus.

Asjakohasus:

Tuleviku kosmosetranspordi loomine võimaldab:

- lennata ülipikkadele, praktiliselt piiramatutele vahemaadele;

- aktiivselt uurida Maa-lähedast kosmost ja teisi planeete;

- tugevdada meie riigi kaitsevõimet;

- kosmoseelektrijaamade ja -tööstuste loomine;

- suurte orbitaalkomplekside loomine;

- Kuu ja teiste planeetide mineraalide ekstraheerimine ja töötlemine;

- Maa ökoloogiliste probleemide lahendamine;

- Maa tehissatelliitide käivitamine;

- arendada kosmoseturismi.

Eesmärgid:

- uurida kosmoselaevade arengu ajalugu Venemaal ja Ameerika Ühendriikides;

- teha võrdlev analüüs tuleviku kosmosetranspordi kasutamise kohta;

- kaaluma PTS-i (perspektiivsed transpordisüsteemid) kasutamise põhisuundi;

- määrata kindlaks transpordisüsteemide arendamise väljavaated.

2. Põhiosa.

2.1 Kosmosesõidukite arengu ajalugu.

1903. aastal konstrueeris vene teadlane K.E. Tsiolkovski raketi planeetidevaheliseks sidepidamiseks.

Sergei Pavlovitš Koroljovi juhtimisel maailma esimene rakett R-7 ("Vostok"), mis 4. oktoobril 1957 saatis kosmosesse esimese kunstliku Maa satelliidi ja 12. aprillil 1961 tegi kosmoselaev esimese mehitatud lennu kosmosesse.

Vostoki raketid asendati uue põlvkonna ühekordselt kasutatavate kosmoselaevadega: Sojuz, Progress ja Proton, nende disain osutus lihtsaks, töökindlaks ja odavaks, seda kasutatakse tänaseni ja hakatakse kasutama ka lähitulevikus.

"liit" See erines Vostoki raketist väga oma suurte mõõtmete, sisemise mahu ja uute pardasüsteemide poolest, mis võimaldasid lahendada orbitaaljaamade loomisega seotud probleeme. Esimene raketi start toimus 23. aprillil 1967. aastal. Kosmoselaeva Sojuz baasil loodi rida transportivaid mehitamata kaubakosmoselaevu « Edusammud", mis tagas lasti toimetamise kosmosejaama. Esimene start toimus 20. jaanuaril 1978. aastal. "Prooton"- raskeklassi kanderakett (LV), mis on ette nähtud orbitaaljaamade, mehitatud kosmoselaevade, raskete Maa satelliitide ja planeetidevaheliste jaamade kosmosesse saatmiseks. Esimene start toimus 16. juulil 1965. aastal.

Ameerika kosmoselaevade hulgas tahaksin märkida "Apollo"- ainus peal Sel hetkel ajaloo kosmoselaevad, millel inimesed lahkusid Maa madala orbiidi piiridest, ületasid Maa gravitatsiooni, maandasid edukalt Kuule astronaudid ja tagastasid nad Maale. Laev koosneb põhiüksusest ja kuumoodulist (maandumis- ja stardifaasid), milles astronaudid maanduvad ja Kuult õhku tõusevad. Aastatel 1968–1975 lasti taevasse 15 kosmoselaeva.

Kaugetel 70ndatel unistasid insenerid tuleviku kosmoselaevade loomisest, mis suudaksid transportida lasti ja inimesi orbiidile ning seejärel ohutult Maale naasta ja taas kasutusse võtta. Ameerika arendus oli korduvkasutatav transpordilaev "Kosmosesüstik" mida plaaniti kasutada süstikuna Maa ja Maa-lähedase orbiidi vahel, mis toimetas kasulikke koormaid ja inimesi edasi-tagasi.Lende kosmosesse sooritati 12. aprillist 1981 kuni 21. juulini 2011 135 korral.

Taaskasutatavast transporditiivaga kosmoselaevast on saanud Nõukogude-Vene arendus "Buran". Oluline samm avakosmose uurimisel oli universaalse korduvkasutatava kosmoseraketisüsteemi Energia-Buran väljatöötamine. Mis koosneb raskeveokite kanderaketist Energia ja orbitaalsest korduvkasutatavast kosmoselaevast Buran.

See laev on võimeline toimetama orbiidile kuni 30 tonni lasti. Orbitaallaev "Buran" on mõeldud transpordi- ja sõjaliste ülesannete täitmiseks, samuti orbitaaloperatsioonideks kosmoses. Pärast ülesannete täitmist on laev võimeline iseseisvalt laskuma atmosfääris ja maanduma horisontaalselt lennuväljal. Esimene lend tehti 15. novembril 1988. aastal. Korduvkasutatavate kosmoselaevade projektid on kallid ning praegu täiustavad ja vähendavad teadlased tegevuskulusid, mis võimaldab seda tüüpi kosmoseaparaate tulevikus tõhusalt kasutada kosmosetootmise loomisel, korduvkasutatavad kosmoselaevad on kulutõhusad, kuna intensiivne töö. transpordisüsteeme.

2.2 Paljutõotavad tuleviku transpordilaevad.

Praegu ei seisa kosmosetööstus paigal ning luuakse palju uusi ja paljutõotavaid tuleviku transpordilaevu:

Kosmose raketikompleks "Angara"- arendamisel paljulubavate moodultüüpi kanderakettide perekond, millel on korduvkasutatavad hapnik-petrooleumi mootorid. Raketid peaksid olema 4 klassi (kerged, keskmised, rasked ja ülirasked). Selle raketi võimsust rakendatakse erineva arvu universaalsete raketimoodulite abil (1 kuni 7), sõltuvalt raketi klassist. Esimene kergeklassi raketi start toimus 9. juulil 2014. aastal. Angara-5 raskeklassi raketi start toimus 23. detsembril 2014. aastal.

Angara kanderaketi eelised:

- raketi kiire kokkupanek valmismoodulitest, olenevalt nõutavast kandevõimest;

- Venemaa kosmoselennujaamadest kohandatud raketiheited;

- rakett on täielikult valmistatud vene komponentidest;

- kasutatakse keskkonnasõbralikku kütust;

- tulevikus on plaanis toota korduvkasutatav esimese astme mootor.

Korduvkasutatavad transpordisüsteemid ("Rus"). Paljutõotav mehitatud transpordisüsteem(PPTS) "Rus" on mitmeotstarbeline mehitatud korduvkasutatav kosmoselaev. PPTS valmistatakse baaslaeva moodulkonstruktsioonis funktsionaalselt terviklike elementidena - tagasisõiduk ja mootoriruum. Laev on planeeritud tiibadeta, kärbikoonuse kujuga korduvkasutatava tagastatava osaga. Esimene käivitamine on kavandatud 2020. aastal.

Mõeldud järgmiste ülesannete täitmiseks:

- riigi julgeoleku tagamine;

- takistamatu juurdepääs ruumile;

- ruumitootmise ülesannete laiendamine;

- lend ja maandumine Kuule.

Mehitatud korduvkasutatav kosmoselaev "Orion"(USA).

Laev on planeeritud tiibadeta, kärbikoonuse kujuga korduvkasutatava tagastatava osaga. Mõeldud inimeste ja lasti toimetamiseks kosmosesse, samuti lendudeks Kuule ja Marsile. Esimene käivitamine toimus 5. detsembril 2014. Laev taandus 5,8 tuhande km kaugusele ja naasis seejärel Maale. Tagasi tulles läbis laev atmosfääri tihedaid kihte kiirusega 32 tuhat km/h ja laeva pinnatemperatuur ulatus 2,2 tuhande kraadini. Kosmoselaev läbis kõik testid, mis tähendab, et see sobib lendudeks inimestega pikkadel vahemaadel. Lendude algus teistele planeetidele on planeeritud aastatel 2019-2020.

Korduvkasutatav transpordiaparaatDraakon Kosmos X"(USA).

Mõeldud koormate ja inimeste transportimiseks. Esimene lend toimus 1. detsembril 2010. aastal. Pardal võib olla kuni 7-liikmeline meeskond ja 2 tonni kasulikku lasti. Lennu kestus: 1 nädal kuni 2 aastat. Edukalt opereeritakse ja planeeritakse transpordilaeva tootmist erinevates modifikatsioonides. Peamine puudus on seda tüüpi kosmoselaevade kulukas käitamine. Lähiajal plaanib Dragon Space X esimest ja teist etappi taaskasutada, mis vähendab oluliselt kosmosesaatmise kulusid.

Kaaluge paljulubavaid transpordikosmoselaevasid, mis lendavad pikki vahemaid .

Planeetidevaheline kosmoselaev "Pilgrim". USA-s on loodud NASA (National Aeronautics and Space Administration) programm miniatuursel tuumareaktoril põhineva planeetidevahelise kosmoselaeva projekteerimiseks. Kavas on kombineerida jõutõukesüsteem ja tuumareaktor hakkab tööle laeva maa orbiidilt lahkumisel. Lisaks seatakse laev peale sooritatud missiooni trajektoorile, millel ta meie maalt eemaldub. Seda tüüpi elektrijaam on väga töökindel ega avalda negatiivset mõju keskkond maa.

Meie riik on kosmoseenergia vallas maailmas liider. Hetkel arendamisel transpordi ja energia moodul megavatt-klassi tuumajaama baasil. Selle programmi kallal töötab peaaegu kogu Venemaa teaduspotentsiaal. Tuumaelektrijaamaga kosmoselaeva start on planeeritud 2020. aastasse. Seda tüüpi elektrijaam suudab töötada pikka aega ilma tankimiseta. Tuumaelektrijaamadega (tuumaelektrijaam) transpordilaevad saavad lennata ülipikkadele, praktiliselt piiramatutele vahemaadele ning võimaldavad uurida süvakosmost.

Paljutõotavate kosmoselaevade võrdlustabel.

Kosmoselaev		Riik	Lennu ulatus	Mootor	kandevõime	Esimene käivitamise kuupäev
Kosmose raketikompleks "Angara"	Kandesõiduk (korduvkasutatav)			Hapnik-petrooleum	Alates 1,5 kuni 35 t
Korduvkasutatavad transpordisüsteemid "Vene"	Mehitatud, korduvkasutatav		planetaarne; Kuu, Marss	kütust
"Orion"	Mehitatud, korduvkasutatav		Kuu, Marss
« Dragon SpaceX»	Mehitatud, korduvkasutatav
"Palverändur"	korduvkasutatavad		planetaarne	Tuuma, kombineeritud
Transpordi- ja energiamoodul	korduvkasutatavad		pikamaa	Tuuma, kombineeritud

Tuleviku lootustandvaim transpordilaev on tuumajaamaga laev, sest. sellel on energiamahukas mootor ja see suudab lennata ülipikki vahemaid. Tuumasüsteem on 3 korda parem kui tavaseadmed. Pärast ohutu käitamise probleemide lahendamist suudavad seda tüüpi kosmoselaevad teha avakosmose uurimisel läbimurde.

2.3 PTS-i (perspektiivsed transpordisüsteemid) peamised kasutus- ja arendussuunad

PTS-i peamised kasutusvaldkonnad
Teaduslik		Tööstuslik				Turist	sõjaline
Kosmose ja teiste planeetide uurimine	Uurimis- ja teadustöö kosmoses	Kauba- ja Maasatelliitide viimine madalale Maa orbiidile	Orbitaalkomplekside ehitus ja hooldus	Kosmoseelektrijaamade ja tööstusharude loomine ja hooldamine	Kasulike koormate teisaldamine teistelt planeetidelt

Tuleviku kosmosetranspordi loomiseks on vaja lahendada järgmised ülesanded:

- sõiduki elektrijaamad peaksid olema varustatud praegu kasutatava kütusega võrreldes mahukamate energiaallikatega (tuumaelektrijaamad, plasma- ja ioonmootorid);

- paljutõotavad elektrijaamad peaksid olema modulaarsed, olenevalt lendude ulatusest. Elektrijaamad peavad olema väikese, keskmise ja suure võimsusega. Väike - Maa-lähedaste orbiitide teenindamiseks, keskmine - lasti transportimiseks Kuule ja teistele lähedalasuvatele planeetidele, suur - planeetidevaheliste komplekside lendudeks Marsile ja teistele kaugetele planeetidele. Pikkade vahemaade jaoks mõeldud planeetidevahelised mehitatud kompleksid tuleb suure kaalu tõttu kokku panna Maa-lähedasel orbiidil olevatest moodulitest. Nende moodulite dokkimine peaks toimuma automaatselt, ilma inimese sekkumiseta.

- paljutõotavad süsteemid peaksid keskkonnaohutuse tagamiseks olema kõrge töökindlusega;

Kosmoselaevad peavad töötama mehitatud ja mehitamata režiimis, kaugjuhtimise võimalusega Maalt. Mehitatud lendude sooritamiseks peavad planeetidevahelised kosmoselaevad olema kõigi meeskonnaliikmete normaalseks eluks igat tüüpi kaitsega.

3. Järeldus

Töös tuuakse näiteid Venemaa ja USA transpordisüsteemide viimastest paljulubavatest arengutest, mis ehitatakse üles järgmiste põhimõtete järgi:

Universaalne modulaarne disain;

Energiatõhusate elektrijaamade kasutamine;

Võimalus mooduleid ruumis kokku panna;

Kõrge sõidukite automatiseerituse tase;

Kaugjuhtimispuldi võimalus;

Keskkonnaohutus;

Laeva ja meeskonnaliikmete ohutu käitamine.

Pärast nende probleemide lahendamist võimaldab PTS aktiivselt avakosmose uurimist, tootmisrajatiste loomist kosmoses, kosmoseturismi arendamist ning teaduslike ja sõjaliste ülesannete lahendamist.

Vaatamata sellele, et meil õnnestus koguda palju teavet, sooviksin jätkata tööd järgmistes valdkondades:

Uut tüüpi kütuse kasutamine PTS-is;

Tuleviku kosmoselaevade ohutu käitamise süsteemide täiustamine.

4. Teabeallikad:

1. Angara - kanderakett, - Wikipedia - tasuta Interneti-entsüklopeedia, https://ru.wikipedia.org/wiki/angara_(kanderakett), vaadatud 29.11.2014;

2. Grjaznov G.M. Kosmose tuumaenergia ja uued tehnoloogiad (direktori märkmed), - M: FSUE "TsNIIatominform", 2007;

3. Emelyanenkov A. Puksiiri nullgravitatsioonis, - Rossiyskaya Gazeta, http://www.rg.ru/2012/10/03/raketa.html, vaadatud 01.12.2014;

4. Sergei Pavlovitš Korolev, - Vikipeedia - vaba entsüklopeedia, https://ru.wikipedua.org/wiki/Korolev,_Sergei Pavlovitš, vaadatud 28.11.2014;

5. Orioni kosmoseaparaat, - Objectiv X, väljaspool nähtavat, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskiy_korabl_orion.html, vaadatud 02.12.2014;

6. Kosmoselaev Rus, - Objektiiv X, väljaspool nähtavat, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskij-korabl-rus.html, vaadatud 02.12.2014;

7. V. P. Legostajev, V. A. Lopota ja V. V. Sinyavskii, Acoust. Kosmose tuumaelektrijaamade ja tuumaelektrijõusüsteemide kasutamise väljavaated ja efektiivsus, - Kosmosetehnika ja tehnoloogia nr 1, 2013, raketi- ja kosmosekorporatsioon Energia. S.P.Koroleva, http://www.energia.ru/ktt/archive/2013/01-01.pdf, vaadatud 23.11.2014;

8. Perspective manned transport system, Wikipedia – tasuta Interneti-entsüklopeedia, https://ru.wikipedia.org/wiki/promising_manned_trinasport_system, vaadatud 24.11.2014;